2021版高考化学一轮复习课时跟踪检测（二十七）电解池金属的电化学腐蚀与防护（含解析）新人教版

课时跟踪检测（二十七）电解池 金属的电化学腐蚀与防护1．下列叙述不正确的是(　　)A．金属腐蚀的本质是金属原子失去电子而被氧化B．将地下钢管与直流电源的正极相连，用来保护钢管C．电解饱和食盐水制氢氧化钠，可以用铁作阴极D．氢氧燃料电池中，氢气在负极发生氧化反应解析：选B　保护钢管，应使钢管与电源的负极相连。2.(2020·贵阳高三测试)在潮湿的深层土壤中，钢管主要发生厌氧腐蚀，有关厌氧腐蚀的机理有多种，其中一种理论为厌氧细菌可促使SO与H2反应生成S2－，加速钢管的腐蚀，其反应原理如图所示。下列说法正确的是(　　)A．正极的电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－B．SO与H2的反应可表示为4H2＋SO－8e－S2－＋4H2OC．钢管腐蚀的直接产物中含有FeS、Fe(OH)2D．在钢管表面镀锌或铜可减缓钢管的腐蚀解析：选C　正极上水发生还原反应生成H2，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2，故A错误；SO与H2在厌氧细菌的催化作用下反应生成S2－和H2O，离子反应式为4H2＋SOS2－＋4H2O，故B错误；钢管腐蚀的过程中，负极上Fe失电子发生氧化反应生成的Fe2＋，与正极周围的S2－和OH－分别生成FeS和Fe(OH)2，故C正确；在钢管表面镀锌可减缓钢管的腐蚀，但镀铜破损后容易形成FeCu原电池会加速铁的腐蚀，故D错误。3．(2020·安庆六校联考)下列图示中关于铜电极的连接错误的是(　　)解析：选C　A项，锌比铜活泼，锌作负极，铜作正极，连接正确；B项，电解精炼铜，粗铜作阳极，纯铜作阴极，连接正确；C项，电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，连接错误；D项，电解氯化铜溶液，铜作阴极，石墨作阳极，连接正确。4．下列关于电解知识的说法正确的是(　　)A．电解饱和食盐水在阳极得到氯气，阴极得到金属钠B．电解精炼铜时，阳极质量的减少不一定等于阴极质量的增加C．电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液，在阴极上依次析出Al、Fe、CuD．电解CuSO4溶液一段时间后(Cu2＋未反应完)，加入适量Cu(OH)2可以使溶液恢复至原状态解析：选B　A项，电解饱和食盐水在阳极Cl－失电子得到Cl2，阴极H＋得电子得到H2和NaOH，错误；B项，阳极除铜放电外，比铜活泼的金属如Zn、Fe也放电，但阴极上只有Cu2＋放电，正确；C项，根据金属活动性顺序可知，阴极上离子的放电顺序是Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Al3＋，Fe2＋和Al3＋不放电，Fe3＋得电子生成Fe2＋，不会析出Fe和Al，错误；D项，电解 CuSO4 溶液，阴极析出Cu，阳极生成O2，应加入CuO。5．如图两套实验装置，都涉及金属的腐蚀反应，假设其中的金属块和金属丝都是足量的。下列叙述正确的是(　　)A．装置Ⅰ在反应过程中只生成NO2气体B．装置Ⅱ开始阶段铁丝只发生析氢腐蚀C．装置Ⅱ在反应过程中能产生氢气D．装置Ⅰ在反应结束时溶液中的金属阳离子只有Cu2＋解析：选C　装置Ⅰ中，铁被浓硝酸钝化，铜与浓硝酸反应，在这种条件下，铜作原电池的负极，铁作正极，反应生成红棕色的NO2，随着反应的进行，浓硝酸变为稀硝酸，随后铁作负极Cu作正极，稀硝酸发生还原反应生成无色的NO，金属过量，故反应结束时溶液中既有Fe2＋又有Cu2＋，A、D错误；因为装置Ⅱ中左边充满氧气，一开始发生吸氧腐蚀，消耗氧气导致左边液面上升，铁与稀硫酸反应产生氢气，发生析氢腐蚀，B错误，C正确。6．(2020·朝阳区期中)2018年国家文物局对北洋海军军舰“经远舰”进行海上考古，考古队为舰体焊接锌块以实施保护。下列判断不合理的是(　　)A．焊接锌块后的负极反应：Fe－2e－===Fe2＋B．上述保护方法中可用镁合金块代替锌块C．腐蚀过程中正极发生的反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－D．考古队采用的是牺牲阳极的阴极保护法解析：选A　舰体焊接锌块，发生腐蚀时，Zn作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，A错误；若用镁合金块代替锌块，由于Mg比Fe的活泼性强，发生腐蚀时，镁合金被腐蚀，舰体受到保护，B正确；海水呈弱碱性，发生吸氧腐蚀，则正极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，C正确；考古队为舰体焊接锌块保护舰体，锌块被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法，D正确。 7．(2020·合肥模拟)如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O。下列说法正确的是(　　)A．甲池中负极上的电极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋B．乙池中石墨电极上发生的反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑C．甲池溶液pH增大，乙池溶液pH减小D．甲池中每消耗0.1 mol N2H4，乙池理论上最多产生 6.4 g固体解析：选B　由图知甲池是燃料电池，乙池是电解池，甲池的电解质溶液是KOH溶液，则负极不可能生成H＋，应为N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O，A错误；乙池的石墨电极是阳极，发生氧化反应，B正确；甲池总反应中生成了水，则KOH溶液浓度变小，pH减小，乙池生成Cu、O2、H2SO4，溶液pH减小，C错误；根据各个电极流过的电量相等知，N2H4～2Cu，甲池每消耗0.1 mol N2H4，乙池理论上会析出12.8 g铜，D错误。8．(2020·南阳期末)用石墨作电极电解下列四种溶液，以下说法错误的是(　　)A．电解AgNO3溶液，阳极生成O2，溶液的酸性增强B．电解ZnBr2溶液，阴极反应式为Zn2＋＋2e－===ZnC．电解AlCl3溶液，总反应的离子方程式：2H2O＋2Cl－2OH－＋Cl2↑＋H2↑D．电解Pb(NO3)2和CuCl2的混合溶液，可明显分为三个阶段解析：选C　石墨是惰性电极，电解AgNO3溶液，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag，则阳极生成O2，溶液的酸性增强，A正确；电解ZnBr2溶液，由于Zn2＋的氧化性强于水电离出的H＋的氧化性，则阴极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，B正确；电解AlCl3溶液，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，电解产生的OH－与Al3＋结合生成Al(OH)3沉淀，故电池总反应的离子方程式为2Al3＋＋6H2O＋6Cl－2Al(OH)3↓＋3Cl2↑＋3H2↑，C错误；电解Pb(NO3)2和CuCl2的混合溶液，阳离子的氧化性：Cu2＋＞Pb2＋＞H＋(水)，阴离子的还原性：Cl－＞OH－＞NO，第一阶段电解CuCl2，第二阶段电解Pb(NO3)2和H2O，第三阶段电解H2O，D正确。9.(2020·益阳期末)氧化亚铜可作杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂、红色玻璃染色剂，电解法制备氧化亚铜的原理如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．理论上，除铜电极外，只需对电解液补充水，电解便可连续进行B．溶液中生成Cu2O的离子方程式为2CuCl＋H2O===Cu2O↓＋6Cl－＋2H＋C．N极的电极反应式为Cu－e－＋3Cl－===CuClD．M与电源的负极相连，发生还原反应解析：选B　由图示可知电解池的总反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑，因此理论上，除铜电极外，只需对电解液补充水，电解便可连续进行，A正确；溶液中生成Cu2O的离子方程式为2CuCl＋2OH－===Cu2O＋6Cl－＋H2O，B错误；N极的电极反应式为Cu－e－＋3Cl－===CuCl，C正确；M为阴极，与电源负极相连，发生还原反应，D正确。10．Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用如图装置生产Na2FeO4，下列有关说法不正确的是(　　)A．右侧电极反应式：Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2OB．左侧为阳离子交换膜，当Cu电极生成1 mol气体时，有2 mol Na＋通过阳离子交换膜C．可以将左侧流出的氢氧化钠补充到该装置中部，以保证装置连续工作D．Na2FeO4具有强氧化性且还原产物为Fe3＋，因此可以利用Na2FeO4除去水中的细菌、固体颗粒以及Ca2＋等解析：选D　根据图示，Cu电极为阴极，Fe电极为阳极，右侧电极为Fe电极，Fe失去电子发生氧化反应生成FeO，结合原子守恒和电荷守恒可得电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，A项正确；左侧为阴极室，H＋的放电能力大于Na＋，Cu电极上的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当Cu电极上生成1 mol气体时，同时产生2 mol OH－，此时中部有2 mol Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室平衡电荷，B项正确；根据B项分析，阴极室生成NaOH，左侧流出的NaOH溶液的浓度大于加入的NaOH溶液的浓度，即b%＞a%，根据图示可将左侧流出的NaOH补充到该装置中部，以保证装置连续工作，C项正确；Na2FeO4具有强氧化性，可利用Na2FeO4除去水中的细菌，Na              2FeO4的还原产物为Fe3＋，Fe3＋水解生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体可吸附固体颗粒，但二者均不能除去水中的Ca2＋，D项错误。11．如图A为碱性硼化钒(VB2)—空气电池示意图，两极用离子交换膜隔开，VB2放电时生成两种氧化物。若用该电池为电源，用惰性电极电解硫酸铜溶液，实验装置如图B所示。则下列说法错误的是(　　)A．碱性硼化钒(VB2)—空气电池中使用阴离子交换膜B．外电路中电子由VB2电极流向c电极C．电解过程中，b电极表面产生的气体可以收集后充入A池中的电极循环利用D．VB2电极发生的电极反应为2VB2－22e－＋11H2O===V2O5＋2B2O3＋22H＋解析：选D　硼化钒—空气燃料电池中，VB2在负极失电子，氧气在正极得电子，电池总反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5，VB2放电时生成两种氧化物，氧化物会和酸反应，所以电池中使用阴离子交换膜，故A正确；VB2极是负极，外电路中电子由VB2电极流向阴极c电极，故B正确；电解过程中，b电极是阳极，该电极表面产生的气体是氧气，可以收集后充入A池中的电极循环利用，故C正确；负极上是VB2失电子发生氧化反应，因在碱性环境中，VB2极发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，故D错误。12．Ⅰ.某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。(1)如图1所示为某实验小组设计的原电池装置，反应前电极质量相等，一段时间后两电极质量相差12 g，导线中通过________mol电子。(2)如图1，其他条件不变，若将乙烧杯中的CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，则石墨电极的电极反应式为_________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)如图2，其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n形，乙装置中与铜丝相连的石墨电极上发生的反应式为_____________________________________________。Ⅱ.氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。(4)与汽油等燃料相比，氢气作为燃料的两个明显的优点是__________________________________________________________________________________________(写两点)。(5)化工生产的副产品也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气。总反应方程式为Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，工作原理如图3所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。①电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在__________(填“阴极室”或“阳极室”)。②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是________________________________________________________________________。③c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图4所示，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：________________________________________________。解析：(1)图1为原电池反应，Fe为负极，发生反应Fe－2e－===Fe2＋，石墨为正极，发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，总反应式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。一段时间后，两电极质量相差12 g，则Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu　质量差Δm　　　转移电子56 g　　　　　　 64 g　(56＋64)g＝120 g　 2 mol　　　　　　　　　      12 g　　　　　 　 n则n＝0.2 mol。(2)若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，溶液呈酸性，NH在正极放电，电极反应式为2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑。(3)若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n形，甲装置发生铁的吸氧腐蚀，铁为负极，铜为正极，则乙装置与铜丝相连的石墨为阳极，石墨(Ⅰ)为阴极，乙为电解池装置，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。(5)①根据题意镍电极有气泡产生是H＋放电生成氢气，铁电极发生氧化反应，溶液中的OH－减少，因此电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在阳极室。②氢气具有还原性，根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原，故电解过程中须将阴极产生的气体及时排出，防止Na2FeO4与H2反应使产率降低。③根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点：c(OH－)偏低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；在N点：c(OH－)过高，铁电极上有Fe(OH)3生成，使Na2FeO4产率降低。答案：(1)0.2(2)2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑(3)2Cl－－2e－===Cl2↑(4)燃烧热值高、燃烧无污染、是可再生能源(任写两点)(5)①阳极室　②防止生成的H2与高铁酸钠反应，使高铁酸钠的产率降低　③M点：氢氧根浓度偏低，高铁酸钠的稳定性差，且反应较慢(或N点：氢氧根浓度较高，铁电极上容易生成氢氧化铁，使高铁酸钠的产率降低)13．铅的单质、氧化物、盐在现代工业中有着重要用途。(1)铅能形成多种氧化物，如碱性氧化物PbO、酸性氧化物PbO2、类似Fe3O4的Pb3O4，盛有PbO2的圆底烧瓶中滴加浓盐酸，产生黄绿色气体，其反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：过程1中分离提纯的方法是______________，滤液2中的溶质主要是________(填物质的名称)。过程1中，在Fe2＋催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)将PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中，得到含Na2PbCl4的电解液，电解Na2PbCl4溶液生成Pb的装置如图所示。①写出电解时阴极的电极反应式_____________________________________________。②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________。③电解过程中，Na2PbCl4电解液浓度不断减小，为了恢复其浓度，应该向______(填“阴”或“阳”)极室加入________(填化学式)。解析：(1)盛有PbO2的圆底烧瓶中滴加浓盐酸，产生黄绿色气体，则该气体为氯气，根据氧化还原反应的规律及原子守恒可知，产物还有PbCl2和水，其化学方程式为PbO2＋4HCl (浓)===PbCl2＋Cl2↑＋2H2O。(2)过程1中得到了滤液和不溶物PbSO4，则过程1的操作方法为过滤；PbSO4与氢氧化钠反应生成物除了PbO以外，应还有硫酸钠，则滤液2中的溶质主要是硫酸钠，在Fe2＋催化下，Pb和PbO2在稀硫酸作用下发生归中反应生成PbSO4的化学方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。(3)①电解时阴极PbCl 得电子生成Pb，其电极反应式为PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－ ；②电解过程中，惰性电极a(阳极)上水失电子发生氧化反应，其电解反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，为平衡电荷，生成的H＋会通过阳离子交换膜移向阴极；③电解过程中，阴极发生电极反应：PbCl ＋2e－===Pb＋4Cl－ ，则可在阴极补充PbO生成PbCl ，使Na2PbCl4电解液浓度恢复。答案：(1)PbO2＋4HCl (浓)===PbCl2＋Cl2↑＋2H2O(2)过滤　硫酸钠Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O (3)①PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－　②H＋　③阴　PbO14．(2020·淄博实验中学月考)肼(N2H4)－空气碱性燃料电池放电效率高，以该电池为电源模拟工业制烧碱，装置如图所示。回答下列问题：(1)乙装置的能量转化形式主要是____________________________________________。(2)乙装置中离子交换膜的类型是________(填字母序号)。A．质子交换膜B．阳离子交换膜C．阴离子交换膜(3)铂电极的名称是____(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)。(4)写出铜电极的电极反应式：______________________________________________。(5)电解过程中，石墨电极附近溶液的pH减小，其原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________(用化学用语和必要的文字说明)。(6)若铂电极上有4.48 L O2(标准状况)发生反应，装置的电流效率为80%，理论上制备纯度为96%的烧碱________g(结果保留1位小数)。解析：(1)装置甲是肼(N2H4)－空气碱性燃料电池，则装置乙是电解池，能量转化形式主要是电能转化为化学能。(2)N2H4在铜电极被氧化生成N2，则铜电极是负极，根据电极连接方式可知，铁是阴极，石墨是阳极。铁电极(阴极)反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，阴极产生OH－，石墨电极(阳极)反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阳极消耗Cl－，为保持溶液呈电中性且制取烧碱，Na＋应透过离子交换膜向左侧迁移，阴极室中得到NaOH溶液，故离子交换膜是阳离子交换膜。(5)电解过程中，石墨电极(阳极)上生成Cl2，Cl2与水发生反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO，则石墨电极附近溶液的酸性增强，pH减小。(6)铂电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铂电极上有4.48 L O2(标准状况)发生反应，即消耗0.2 mol O2，电路中转移0.8 mol电子，装置的电流效率为80%，则电子的有效利用量为0.8 mol×80%＝0.64 mol。制取1 mol NaOH时理论上转移电子的物质的量为1 mol，则制取的NaOH的物质的量为0.64 mol，故理论上制备纯度为96%的烧碱的质量为≈26.7 g。答案：(1)电能转化为化学能(2)B　(3)正极(4)N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O(5)石墨电极发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2与水发生反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO，溶液的酸性增强(6)26.7